基于数字高程模型的立体透视图的软件开发——数字高程数据的分析.pdf

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总第130期
基于数字高程模型的立体透视图的软件开发
数字高程数据的分析
谭珊
(潞安矿业集团调度室,山西长治046204)
摘要:文章利用VC++开发工具,对给定的DEM数据进行预处理。基于数字高程模型的立体透视图的
软件开发,该软件是用数字高程模型绘制立体透视图。是DEM的一个极其重要的应用。结合数字高程模
型的理论分析和软件的开发成果,认为立体透视图能够很好地反映地形的立体形态,非常直观。
关键词:数字高程模型(DEM数据);网格数据;立体透视图
中图分类号:P28文献标识码:B文章编号:1005-2798(2010)S1-0113-02
当今信息技术突飞猛进,信息产业获得空前发的立体形态,非常直观。与采用等高线表示地形形
展,信息资源得到爆炸式扩张。多尺度、多类型、多态相比有其自身独特的优点,更接近人们的直观视
时态的地理信息是人类研究和解决土地、环境、人党。特别是随着计算机图形处理工作的增强以及屏
口、灾害、规划、建设等重大问题时所必需的重要信幕显示系统的发展,使立体图形的制作具有更大的
息资源,是信息高速公路上的重要列车。信息时代灵活性,人们可以根据不同的需要,对于同一个地形
人类对信息资源采集、管理、分析提出了很高的要形态作各种不同的立体显示。例如局部放大,改变
求。系统论、信息论、控制论的形成,计算机技术、人高程值z的放大倍率以夸大立体形态;改变视点的
造卫星遥感等空间技术,自动化技术的应用,为信息位置以便从不同的角度进行观察,甚至可以使立体
资源的科学管理展示出更加广阔的前景。
图形转动,使人们更好地研究地形的空间形态。
本文主要研究的工作是对DEM数据进行处理。
从一个空间三维的立体的数字高程模型到一个
其中包括DEM数据的建立,读取及转化。
平面的二维透视图,其本质就是一个透视变换。将
数据高程模型( Digital Elevation Model),简称“视点”看作为“摄影中心”,可以直接应用共线方程
DEM,是以数字的形式按一定结构组织在一起,表从物点(X,Y,Z)计算“像点”坐标(X,Y)。透视图
示实际地形特征空间分布的数字模型,也是地形形中的另一个问题是“消隐”的问题,即处理前景挡后
状大小和起伏的数字描述。
景的问题
DEM的核心是地形表面特征点的三维坐标数
调整视点、视角等各个参数值,就可从不同方
据和一套对地表提供连续描述的算法,最基本的位、不同距离绘制形态各不相同的透视图制作动画。
DEM是由一系列地面点x,y位置及其相联系的高计算机速度充分高时,就可实时地产生动画DTM透
程Z所组成,用数学函数式的表达是:Z=(x,y),视图。
(x,y)∈DEM所在的区域。尽管DEM是为了模拟
地面起伏而发展起来的,但也可以用来模拟其他
维表面上连续变化的特征,比如说还可以表示地面
景观的属性,地面温度、降水、地球磁力、重力、土地
利用、土壤类型等其它地面特性信息,此时的DEM
也称为数字地形模型( Digital Terrain Models),简称
图1数字地形模型网格透视图
DMMI
为了建立DEM,必须量测一些点的三维坐标,
从数字高程模型绘制透视立体图是DEM的
这就是DEM数据釆集或DEM数据获取,被量测三
个极其重要的应用。透视立体图能更好地反映地形维坐标的这些点称为数据点或参考点。
收稿日期:2010-06-1
作者简介:谭珊(1981-),女,广东珠海人,助理工程师,从事信息管理工作
2010ギ7月
谭珊:基于数字高程模型的立体透视图的软件开发
第19利
1DEM数据的采集方法
的精度决不会高于原始的地形图。例如U.S.C.S
用数字化的等高线图,通过线性插值生产的最精确
数字摄影测量方法:这是DEM数据采集最常的DEM的最大均方误差(RMSE)为等高线间距的
用的方法之一。也是空间数据采集最有效的手段,一半,最大误差不大于两个等高线间距。通常用某
它具有效率高,劳动强度低等优点。利用计算机辅种数学拟合曲面生产的DEM,往往存在未知的精度
助测图系统可以进行人工控制的采样,即x,Y,Z三问题,即使是正式出版的地形图同样存在某种误差,
个坐标的控制全部由人工操作;利用解析测图仪或所以在生产和使用DEM时应该注意到它的误差类
机控方式的机助测图系统可进行人工或半自动控制型。
的采样,其半自动的控制一般是由人工控制高程Z,
制平面坐标X,Y的驱动;利用自动化3DEM数据的表示方法
测图系统则是利用计算机立体视觉代替人眼的立体
一个地区的地表高程的变化可以采用多种方
观测。
法表达,用数学定义的表面或点、线、影像都可用来
其中最常用的则是规格网格采样,是利用解析表示DEM
测图仪在立体模型中按照规则矩形格网进行采样,
)数学方法。用数学方法来表达,可以采用
直接构成规则格网DEM。当系统驱动测标到格网整体拟合方法,即根据区域所有的高程点数据,用傅
点时,会按预先选定的参数停留一短暂的时间,供作立叶级数和高次多项式拟合统一的地面高程曲面。
业人员精确量测。该方法的优点是简单,精度高,作也可用局部拟合方法,将地表复杂表面分成正方形
业率也较高;缺点是特征点可能丢失,基于这种矩形规则区域或面积大致相等的不规则区域进行分块搜
格网DEM绘制的等高线有时不能很好地表示地形索,根据有限个点进行拟合形成高程曲面。
特征。
2)图形方法。①线模式:等高线是表示地形
2DEM数据采集的质量控制
最常见的形式。其它的地形特征线也是表达地面高
程的重要信息源,如山脊线、谷底线海岸线及坡度
数据采集是DEM的关键问题,研究结果表明,变换线等。②点模式:用离散采样数据点建立DEM
任何一种DEM内插方法,均不能弥补取样不当所造是DEM建立常用的方法之一。数据采样可以按规
成的信息损失。数据点太稀会降低DEM的精度;数则网格采样,可以是密度一致的或不一致的;可以是
据点过密,又会增大数据量处理的工作量和不必要不规则采样,如不规则三角网、邻近网模型等;也可
的存储量。这需要在DEM数据采集之前,按照所需以有选择性地采样,采集山峰、洼坑、隘口边界等重
的精度要求确定合理的取样密度,或者在DEM数据要特征点。
采集过程中根据地形复杂程度动态调整采样点密
掺考文献
度
由采样定理确定采样间隔。数据点的密度可根[1]金雪云. Visual C++教程[M].北京:清华大学出社
据采样定理确定,这需要对一些典地区先进行密集
采样,然后对地形进行频譜分析,估计出地形的截止
张祖勋,张剑清.数字摄影测量学[M].武汉:武汉测
频率,则采样间隔△应满足
绘科技大学出版社,1996:34-44.
△≤1/2f
3]张力. Visual C++高级编程[M].北京:人民邮电出
版社,2002
当地形比较破碎,坡度变化较大时,地形谱中高
[4]任哲. MFC Windows应用程序设计[M].北京:清华
频成分较丰富,f。的值较大,因而采样间隔Δ应较
大学出版社,2004.
小,要求数据点较密;反之数据点可较稀。
[5]魏朗,陈涛. Visual C++程序设计攻略教程[M]
插值分析,是以线性内插的误差满足精度要求
西安:西安电子科技大学出版